We report a colloidal synthesis approach to CsPbBr3 nanoplatelets (NPLs). The nucleation and growth of the platelets, which takes place at room temperature, is triggered by the injection of acetone in a mixture of precursors that would remain unreactive otherwise. The low growth temperature enables the control of the plate thickness, which can be precisely tuned from 3 to 5 monolayers. The strong two-dimensional confinement of the carriers at such small vertical sizes is responsible for a narrow PL, strong excitonic absorption, and a blue shift of the optical band gap by more than 0.47 eV compared to that of bulk CsPbBr3. We also show that the composition of the NPLs can be varied all the way to CsPbBr3 or CsPbI3 by anion exchange, with preservation of the size and shape of the starting particles. The blue fluorescent CsPbCl3 NPLs represent a new member of the scarcely populated group of blue-emitting colloidal nanocrystals. The exciton dynamics were found to be independent of the extent of 2D confinement in these platelets, and this was supported by band structure calculations.

Lead halide perovskite semiconductors have recently gained wide interest following their successful embodiment in solid-state photovoltaic devices with impressive power-conversion efficiencies, while offering a relatively simple and low-cost processability. Although the primary optoelectronic properties of these materials have already met the requirement for high-efficiency optoelectronic technologies, industrial scale-up requires more robust processing methods, as well as solvents that are less toxic than the ones that have been commonly used so successfully on the lab-scale. Here we report a fast, room-temperature synthesis of inks based on CsPbBr3 perovskite nanocrystals using short, low-boiling-point ligands and environmentally friendly solvents. Requiring no lengthy post-synthesis treatments, the inks are directly used to fabricate films of high optoelectronic quality, exhibiting photoluminescence quantum yields higher than 30% and an amplified spontaneous emission threshold as low as 1.5 μJ cm−2. Finally, we demonstrate the fabrication of perovskite nanocrystal-based solar cells, with open-circuit voltages as high as 1.5 V. Despite their impressive performance, more efforts are required to develop industrially scalable perovskite solar cells from less toxic solvents. Towards that aim, this study presents the use of colloidal nanoparticle inks for room-temperature fabrication of CsPbBr3 solar cells.

An increasing number of studies have recently reported the rapid degradation of hybrid and all-inorganic lead halide perovskite nanocrystals under electron beam irradiation in the transmission electron microscope, with the formation of nanometer size, high contrast particles. The nature of these nanoparticles and the involved transformations in the perovskite nanocrystals are still a matter of debate. Herein, we have studied the effects of high energy (80/200 keV) electron irradiation on colloidal cesium lead bromide (CsPbBr3) nanocrystals with different shapes and sizes, especially 3 nm thick nanosheets, a morphology that facilitated the analysis of the various ongoing processes. Our results show that the CsPbBr3 nanocrystals undergo a radiolysis process, with electron stimulated desorption of a fraction of bromine atoms and the reduction of a fraction of Pb2+ ions to Pb0. Subsequently Pb0 atoms diffuse and aggregate, giving rise to the high contrast particles, as previously reported by various groups. The diffusion is facilitated by both high temperature and electron beam irradiation. The early stage Pb nanoparticles are epitaxially bound to the parent CsPbBr3 lattice, and evolve into nonepitaxially bound Pb crystals upon further irradiation, leading to local amorphization and consequent dismantling of the CsPbBr3 lattice. The comparison among CsPbBr3 nanocrystals with various shapes and sizes evidences that the damage is particularly pronounced at the corners and edges of the surface, due to a lower diffusion barrier for Pb0 on the surface than inside the crystal and the presence of a larger fraction of under-coordinated atoms.

Abstract Recently, intensive efforts are dedicated to convert and store the solar energy in a single device. Herein, dye-synthesized solar cell technology is combined with lithium-ion materials to investigate light-assisted battery charging. In particular we report the direct photo-oxidation of lithium iron phosphate nanocrystals in the presence of a dye as a hybrid photo-cathode in a two-electrode system, with lithium metal as anode and lithium hexafluorophosphate in carbonate-based electrolyte; a configuration corresponding to lithium ion battery charging. Dye-sensitization generates electron–hole pairs with the holes aiding the delithiation of lithium iron phosphate at the cathode and electrons utilized in the formation of a solid electrolyte interface at the anode via oxygen reduction. Lithium iron phosphate acts effectively as a reversible redox agent for the regeneration of the dye. Our findings provide possibilities in advancing the design principles for photo-rechargeable lithium ion batteries.

Abstract Tuneable phase plates for free electrons are a highly active area of research. However, their widespread implementation, similar to that of spatial light modulators in light optics, has been hindered by both conceptual and technical challenges. A specific technical challenge involves the need to minimize obstruction of the electron beam by supporting films and electrodes. Here, we describe numerical and analytical mathematical frameworks for three-dimensional stacks of phase plates that can be used to provide near-arbitrary electron beam shaping with minimal obstruction.